郭佳鵬，朱陽，黃振峰，曹晨強，馬瑩

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掃路車掃刷離地高度自適應調(diào)節(jié)系統(tǒng)對比研究

郭佳鵬，朱陽，黃振峰，曹晨強，馬瑩

（陜西汽車控股集團有限公司技術(shù)中心，陜西 西安 710200）

分析了目前市面上掃路車通用的掃刷離地高度調(diào)節(jié)方法的劣勢，提出基于兩種掃盤結(jié)構(gòu)的多種離地高度自適應調(diào)節(jié)方法，介紹了通過機、電、液（氣）一體化技術(shù)實現(xiàn)自適應調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)原理，并進行對比分析。

掃刷；離地高度；自適應調(diào)節(jié)；機電液（氣）一體化

引言

隨著我國環(huán)衛(wèi)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，環(huán)衛(wèi)廠家對產(chǎn)品研發(fā)及生產(chǎn)的投入持續(xù)加大，國產(chǎn)掃路車產(chǎn)品性能已大大提升，但在節(jié)能、降噪、可靠性、舒適性以及智能化、自動化等方面仍有很大提升空間。因此，需要加大研發(fā)力度，以新能源無人駕駛掃路車為終極目標制定階段性攻關(guān)計劃，同時針對其主要部件如風送系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、動力系統(tǒng)等進行虛擬驗證及試驗研究，加強CFD分析、NVH分析等在掃路車上的應用，以提高掃路車設計的理論水平。

掃路車掃刷是影響清掃性能的關(guān)鍵部件，也是作業(yè)易損件。隨著掃刷不斷磨損，為保證清掃效果，就需要調(diào)整掃盤離地高度。目前我國掃路車的掃刷高度調(diào)節(jié)裝置一般都是通過彈簧、鏈條手動調(diào)節(jié)，再結(jié)合螺桿進行微調(diào)，這樣就需要消耗操作工人大量時間，且調(diào)節(jié)時最少要調(diào)一環(huán)，容易使掃刷受力不均，保證不了觸地壓力的一致性，也使得磨損較快，使用壽命較短。因此，研究掃刷離地高度的自適應調(diào)節(jié)系統(tǒng)很有必要。

1 掃路車常見的掃刷結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)方法

常規(guī)的浮動式掃盤結(jié)構(gòu)，包括掃盤10、馬達8、浮動式油缸4、掃盤離地高度調(diào)節(jié)裝置3、轉(zhuǎn)軸座1、連桿6、調(diào)節(jié)叉5、連接支架2、馬達座9等組成。掃盤10通過連桿傳動機構(gòu)連接在底盤車架上，馬達8作為驅(qū)動裝置帶動掃盤10進行轉(zhuǎn)動來完成掃路作業(yè)。浮動式油缸4的活塞端球鉸于連桿6上，另一端浮動連接于固定車架端。調(diào)節(jié)叉5包括調(diào)節(jié)螺紋筒，正、反絲叉頭及鎖緊螺母組成，用以調(diào)節(jié)掃盤前傾角。連桿6一端連接在固定于連接支架2的轉(zhuǎn)軸座1上，另一端通過調(diào)節(jié)支架與馬達座9相連，馬達座9與連桿端支架連接處，由調(diào)節(jié)螺栓7來調(diào)節(jié)掃盤外傾角。掃盤離地高度調(diào)節(jié)裝置3由手動調(diào)節(jié)鏈條、浮動式彈簧及調(diào)節(jié)桿組成，調(diào)節(jié)裝置一端與固定車架端相連，一端連接在連桿6上。

圖1 傳統(tǒng)掃盤結(jié)構(gòu)

1、轉(zhuǎn)軸座；2、連接支架；3、高度自適應調(diào)節(jié)裝置；4、浮動式油缸； 5、調(diào)節(jié)叉；6、連桿；7、調(diào)節(jié)螺栓；8、馬達；9、馬達座；10、掃盤

連接支架2上設置有內(nèi)外限位塊，整個連桿傳動機構(gòu)通過轉(zhuǎn)軸座1與連接支架相連，掃盤10的離地高度是由連接在連桿6上的浮動式油缸4和掃盤離地高度調(diào)節(jié)裝置3的綜合作用下，連桿6繞豎向轉(zhuǎn)軸的外擺量及橫向轉(zhuǎn)軸的上下擺動量決定的，在浮動油缸作用下，構(gòu)成多維一體運動。油缸4完全伸長后，其浮動量及調(diào)節(jié)裝置3構(gòu)成了掃盤離地高度調(diào)節(jié)量。實現(xiàn)浮動式平衡后，隨著掃刷磨損，調(diào)節(jié)伸縮桿或鏈條，補償磨損量，提供合適的掃盤離地高度。另外，由調(diào)節(jié)螺紋筒，正、反絲叉頭及鎖緊螺母組成的調(diào)節(jié)叉5，用來調(diào)節(jié)掃盤前傾角。馬達座與連桿端支架連接處的調(diào)節(jié)螺栓7，用來調(diào)節(jié)掃盤外傾角。

2 掃路車掃刷離地高度自適應調(diào)節(jié)裝置及調(diào)節(jié)方法研究

2.1 基于掃刷磨損量檢測反饋的自適應系統(tǒng)

為了適應本系統(tǒng)，掃盤結(jié)構(gòu)與常規(guī)結(jié)構(gòu)類似，只是把常規(guī)結(jié)構(gòu)的掃盤離地高度調(diào)節(jié)叉以電動執(zhí)行器進行替換，配以檢測反饋傳感器通過程序來自動控制。調(diào)節(jié)方法通過掃刷磨損量或者掃刷觸地壓力的科學檢測，反饋出掃盤離地高度調(diào)節(jié)量，以控制系統(tǒng)控制帶有電動推桿的調(diào)節(jié)裝置的伸縮量進行精確調(diào)節(jié)、自動補償，輔以浮動式連接結(jié)構(gòu)，使掃盤的離地高度始終處于優(yōu)良狀態(tài)，實現(xiàn)掃盤離地高度的自適應調(diào)節(jié)。所述掃刷磨損量的檢測方法包括電位傳感或掃刷觸地壓力計算轉(zhuǎn)化或者液壓反饋等，以下介紹一種掃刷磨損量檢測方法。

如圖2所示，利用電阻絲磨損，電位傳感作為輸入量，電阻絲與掃盤毛刷刷絲等安裝要求。本檢測結(jié)構(gòu)包括201信號傳輸處理模塊、202電阻絲、203外絕緣保護套、204絕緣隔離物等組成，信號處理模塊201與電阻絲202相連，外絕緣保護套203、絕緣隔離物204，確保電阻絲保持絕緣狀態(tài)，通過磨損程度的不同，信號處理模塊201，向控制器反饋相應的長度數(shù)據(jù)。

圖2 電位傳感檢測機構(gòu)

工作原理：外絕緣保護套203、絕緣隔離物204與電阻絲201組成如圖2所示的結(jié)構(gòu)，根據(jù)磨損程度的不同，整條電阻絲的電阻產(chǎn)生變化，信號傳輸處理模塊201根據(jù)電阻絲阻值的變化，經(jīng)過一定的處理，向控制器發(fā)送掃刷的長度數(shù)據(jù)。

如圖3所示，為本系統(tǒng)的調(diào)節(jié)流程圖。當步驟300開始工作后，進入步驟301控制器接收掃刷目前的長度數(shù)據(jù)；進入步驟302判斷掃刷是否需要更換，如需更換則進入步驟305，做出警告，并提示更換掃刷；如不需要更換則進入步驟303，判斷盤刷離地高度是否處于優(yōu)良，否則進入步驟306調(diào)節(jié)掃盤高度后再次進行循環(huán)判斷。若是則進入步驟304進行正常作業(yè)、持續(xù)判斷掃刷長度。

圖3 調(diào)節(jié)流程圖

本方法需要對樣件工作狀態(tài)進行試驗標定，以多次試驗的結(jié)果作為判定基準，來進行反饋程序的升級。而且，掃盤旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的電阻絲磨損量檢測也是一個難點。

2.2 基于滑動變阻器檢測壓力的自適應系統(tǒng)

圖4 滑動變阻器檢測觸地壓力機理

另一種基于壓力反饋的掃刷磨損量的檢測方法，可考慮應用滑動變阻器檢測觸地壓力進而程序自動控制掃刷離地高度。掃路車工作時，掃刷觸地后會有一定的壓力，當掃刷磨損后，掃刷的觸地壓力發(fā)生變化，從而引起安裝在掃盤連接處的滑動變阻器阻值發(fā)生變化，根據(jù)阻值的變化，程序計算出需要調(diào)整的高度從而保證觸地壓力，這種檢測方法同樣需要進行試驗標定，根據(jù)試驗結(jié)果歸納出掃盤作業(yè)時離地高度與掃刷觸地壓力之間的關(guān)系。

2.3 一種新掃盤結(jié)構(gòu)及基于觸地壓力測試的自適應系統(tǒng)

基于某新式掃路車研發(fā)項目，全新開發(fā)了一種氣動掃盤,該結(jié)構(gòu)如圖5。掃盤系統(tǒng)包括氣缸、掃刷支撐結(jié)構(gòu)、四連桿機構(gòu)及掃刷觸地壓力自適應系統(tǒng)。該掃盤的安裝座、調(diào)整螺桿、轉(zhuǎn)臂、連接座二組成四連桿機構(gòu)，由氣缸推動實現(xiàn)掃盤系統(tǒng)的升降，并可通過調(diào)節(jié)螺桿調(diào)節(jié)掃刷的接地角度。掃刷觸地壓力自適應系統(tǒng)包括梭閥、電磁換向閥、調(diào)壓閥、調(diào)速閥及氣源。通過控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)回路的變化實現(xiàn)掃盤系統(tǒng)的升降及自適應調(diào)節(jié)，避免了不必要的人工調(diào)節(jié)，并有效降低了掃刷的磨損速度。

圖5 清掃裝置等軸測視圖

如圖6所示，所述控制系統(tǒng)包含兩個回路，回路一為經(jīng)由（51）氣源、（52）兩位五通電磁閥、（52）兩位五通電磁閥A口、（53）調(diào)速閥、（541）梭閥進氣口一、(543)梭閥出口、（57）氣缸；回路二為經(jīng)由（51）氣源、（52）兩位五通電磁閥、（52）兩位五通電磁閥B口、（56）兩位兩通電磁閥、（55）調(diào)壓閥、（542）梭閥進氣口二、（543）梭閥出口、（57）氣缸。

圖6 氣路控制系統(tǒng)原理圖

所述氣缸的有桿腔接口安裝消音器，與大氣接通。所述氣源一般為專用二類底盤的輔助儲氣筒。

當（52）兩位五通電磁閥得電A口接通時，此時（541）梭閥進氣口一的壓力大于（542）梭閥進氣口二的壓力，回路一處于接通狀態(tài)，氣缸無桿腔進氣，氣缸伸出，推動四連桿機構(gòu)上行，實現(xiàn)掃盤的提升，并可通過（53）調(diào)速閥調(diào)節(jié)舉升的速度。

當（52）兩位五通電磁閥得電B口接通，（56）兩位兩通電磁閥未接通時，此時整個氣路處于切斷狀態(tài)，氣缸無進氣，掃盤系統(tǒng)由自重作用向下運動，實現(xiàn)掃盤下降。所述（56）兩位兩通電磁閥采用時間控制，現(xiàn)有方案為（52）兩位五通電磁閥得電B口接通2秒后(56）兩位兩通電磁閥接通。

當（52）兩位五通電磁閥得電B口接通，（56）兩位兩通電磁閥接通時，此時（541）梭閥進氣口一的壓力小于（542）梭閥進氣口二的壓力，回路二處于接通狀態(tài)，氣缸無桿腔進氣，對氣缸施加一個向上的力，此時掃盤重力=氣缸力豎向分力+掃盤旋轉(zhuǎn)向心力豎向分力+掃刷觸地壓力，通過（55）調(diào)壓閥調(diào)整系統(tǒng)壓力，從而調(diào)節(jié)掃盤的接地壓力。當掃盤持續(xù)工作磨損時，接地壓力減小，掃盤重力＞氣缸力豎向分力+掃盤旋轉(zhuǎn)向心力豎向分力+掃刷觸地壓力，掃盤在重力作用下自動下降，重新找到新的平衡，實現(xiàn)掃刷的自適應調(diào)節(jié)。

通過控制系統(tǒng)可實現(xiàn)掃盤的升降動作，可實現(xiàn)掃盤的自適應調(diào)節(jié)，并提供了一個反向力，從而減少了掃盤的磨損速度。

3 掃刷離地高度調(diào)節(jié)對比分析

綜合研究三種掃盤自適應調(diào)節(jié)系統(tǒng)，理論上皆可行。方案1基于掃刷磨損量檢測反饋及方案2基于滑動變阻器檢測壓力的自適應系統(tǒng)，理論上都是通過掃刷磨損補充量的檢測，針對反饋信息以控制系統(tǒng)輸出調(diào)節(jié)量，通過便于控制的電動執(zhí)行器推桿伸出來實現(xiàn)掃盤離地高度的自適應調(diào)節(jié)。而方案3通過分析掃盤受力，根據(jù)平衡狀態(tài)下“掃盤重力=氣缸力豎向分力+掃盤旋轉(zhuǎn)向心力豎向分力+掃刷觸地壓力”公式，通過氣控系統(tǒng)內(nèi)部無極調(diào)節(jié)，來實現(xiàn)掃盤離地高度的自適應調(diào)節(jié)，同時該結(jié)構(gòu)也有改進空間，調(diào)整結(jié)構(gòu)使掃盤收起狀態(tài)下氣缸有桿端回收，則氣缸受力更佳。

4 結(jié)語

目前，掃路車掃盤自適應調(diào)節(jié)系統(tǒng)已獲得專利保護（專利號：CN 107100122 A）。由于自適應調(diào)節(jié)系統(tǒng)的前端磨損量檢測實現(xiàn)的難度較大，樣件可靠性還有待驗證，且樣件工作狀態(tài)還需進行大量的試驗標定，目前還處于未大量推廣階段。但該技術(shù)的前瞻性及可實現(xiàn)性仍值得同行進行進一步細化，以此來推動我國掃路車行業(yè)的技術(shù)發(fā)展。

[1] 徐達.專用汽車構(gòu)造與設計[M].北京:人民交通出版社,2008.

[2] 耿興平,何黎娟.掃路車掃刷觸地壓力自控裝置的研究[J].專用汽車,2009（09）:61-62

The Comparative Study on the Self-adjustment Control System ofBrush Height off the Ground

Guo Jiapeng, Zhu Yang, Huang Zhenfeng, Cao Chenqiang, Ma Ying

( Technology Center, Shaanxi Automobile Holding Group Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710200 )

This paper analyzes the disadvantages of the general method to adjust the clearance height of road sweeper in the market at present, puts forward a variety of self-adjustment methods based on two kinds of floor clearance height struc -ture, introduces the structural principle of self-adjustment through the integration of machine, electricity and liquid (gas) technology, and conducts comparative analysis.

sweeper; ground clearance; self-adjustment; integration of machine; electricity and liquid (gas) technology

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1671-7988(2018)20-145-03

U469.6+91

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1671-7988(2018)20-145-03

U469.6+91

郭佳鵬，就職于陜西汽車控股集團有限公司技術(shù)中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.20.053